/**
 * 归并排序：Java
 *
 * @author skywang
 * @date 2014/03/12
 */

public class MergeSort {

	/*
	 * 将一个数组中的两个相邻有序区间合并成一个
	 *
	 * 参数说明：
	 *     a -- 包含两个有序区间的数组
	 *     start -- 第1个有序区间的起始地址。
	 *     mid   -- 第1个有序区间的结束地址。也是第2个有序区间的起始地址。
	 *     end   -- 第2个有序区间的结束地址。
	 */
	public static void merge(int[] a, int start, int mid, int end) {
		int[] tmp = new int[end-start+1];	// tmp是汇总2个有序区的临时区域
		int i = start;			// 第1个有序区的索引
		int j = mid + 1;		// 第2个有序区的索引
		int k = 0;				// 临时区域的索引

		while(i <= mid && j <= end) {
			if (a[i] <= a[j])
				tmp[k++] = a[i++];
			else
				tmp[k++] = a[j++];
		}

		while(i <= mid)
			tmp[k++] = a[i++];

		while(j <= end)
			tmp[k++] = a[j++];

		// 将排序后的元素，全部都整合到数组a中。
		for (i = 0; i < k; i++)
			a[start + i] = tmp[i];

		tmp=null;
	}

	/*
	 * 归并排序(从上往下)
	 *
	 * 参数说明：
	 *     a -- 待排序的数组
	 *     start -- 数组的起始地址
	 *     endi -- 数组的结束地址
	 */
	public static void mergeSortUp2Down(int[] a, int start, int end) {
		if(a==null || start >= end)
			return ;

		int mid = (end + start)/2;
		mergeSortUp2Down(a, start, mid); // 递归排序a[start...mid]
		mergeSortUp2Down(a, mid+1, end); // 递归排序a[mid+1...end]

		// a[start...mid] 和 a[mid...end]是两个有序空间，
		// 将它们排序成一个有序空间a[start...end]
		merge(a, start, mid, end);
	}


	/*
	 * 对数组a做若干次合并：数组a的总长度为len，将它分为若干个长度为gap的子数组；
	 *             将"每2个相邻的子数组" 进行合并排序。
	 *
	 * 参数说明：
	 *     a -- 待排序的数组
	 *     len -- 数组的长度
	 *     gap -- 子数组的长度
	 */
	public static void mergeGroups(int[] a, int len, int gap) {
		int i;
		int twolen = 2 * gap;	// 两个相邻的子数组的长度

		// 将"每2个相邻的子数组" 进行合并排序。
		for(i = 0; i+2*gap-1 < len; i+=(2*gap))
			merge(a, i, i+gap-1, i+2*gap-1);

		// 若 i+gap-1 < len-1，则剩余一个子数组没有配对。
		// 将该子数组合并到已排序的数组中。
		if ( i+gap-1 < len-1)
			merge(a, i, i + gap - 1, len - 1);
	}

	/*
	 * 归并排序(从下往上)
	 *
	 * 参数说明：
	 *     a -- 待排序的数组
	 */
	public static void mergeSortDown2Up(int[] a) {
		if (a==null)
			return ;

		for(int n = 1; n < a.length; n*=2)
			mergeGroups(a, a.length, n);
	}

	public static void main(String[] args) {
		int i;
		int a[] = {80,30,60,40,20,10,50,70};

		System.out.printf("before sort:");
		for (i=0; i<a.length; i++)
			System.out.printf("%d ", a[i]);
		System.out.printf("\n");

		mergeSortUp2Down(a, 0, a.length-1);		// 归并排序(从上往下)
		//mergeSortDown2Up(a);					// 归并排序(从下往上)

		System.out.printf("after  sort:");
		for (i=0; i<a.length; i++)
			System.out.printf("%d ", a[i]);
		System.out.printf("\n");
	}
}
